ارزیابی تنوع ژنتیکی اکوتیپ‌های خارشتر در سه استان خراسان شمالی، رضوی و جنوبی با استفاده از نشانگرهای ISSR و SCoT

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

2 دانشجوی سابق کارشناسی ارشد گروه زراعت

3 استادیار، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

هدف: خارشتر یکی از گونه‌های گیاهی سازگار با مناطق خشک و نیمه خشک است که از لحاظ تولید علوفه، حفاظت خاک و دارویی اهمیت دارد. این تحقیق به منظور بررسی تنوع ژنتیکی اکوتیپ‌های خارشتر، تعیین شباهت و تفاوت بین اکوتیپ‌ها و مشخص نمودن ساختار ژنتیکی اکوتیپ‌های مختلف خارشتر با استفاده از نشانگرهای ISSR و SCoT صورت گرفت.
مواد و روش‌ها: 22 اکوتیپ خارشتر از نواحی مختلف سه استان خراسان شمالی، رضوی و جنوبی مورد مطالعه قرار گرفت. استخراج DNA به روش CTAB صورت گرفت. از 12 آغازگر ISSR و 18 آغازگر SCoT در تجزیه‌های مولکولی استفاده شد.
نتایج: در کل درصد چندشکلی در دو نشانگر به ترتیب 42/99 و 42/95 درصد بود. بیشترین تعداد باند در نشانگر ISSR متعلق به آغازگرهای IS5، IS8 و IS10 و در نشانگر SCoT متعلق به آغازگرهای S2، S4 ، S6، S7 و S10 و کمترین تعداد باند تکثیر شده در نشانگر ISSR متعلق به آغازگرهای IS1، IS2، IS3 و IS6 و در نشانگر SCoT متعلق به آغازگر S1 بود. در نشانگر ISSR بیشترین میزان PIC محتوای اطلاعات چندشکلی مربوط به آغازگر IS6 (44/0) و کمترین میزان مربوط به آغازگر IS4 (09/0) و در نشانگر SCoT بیشترین میزان مربوط به آغازگر S12 (44/0) و کمترین میزان مربوط به آغازگر S1 (04/0) بود. در نشانگر ISSR بیشترین شاخص تنوع ژنتیکی نی و شاخص اطلاعاتی شانون مربوط به آغازگر IS6 و کمترین آن مربوط به آغازگر IS2 و IS10 و در نشانگر SCoT بیشترین مقدار مربوط به آغازگر S14 و کمترین مقدار مربوط به آغازگر S1 بود. در نشانگرهای ISSR و SCoT تجزیه خوشه‌ای اکوتیپ‌ها را در 3 و 6 گروه دسته‌بندی نمود. تجزیه واریانس مولکولی نشان داد که 9 و 14 درصد از تغییرات مربوط به بین گروه‌ها و 91 و 86 درصد به درون گروه‌ها به ترتیب در نشانگر ISSR و SCoT بود.
نتیجه‌گیری: این مطالعه نشان داد که نشانگرهای ISSR و SCoT نشانگرهای قابل اعتمادی در شناسایی سطوح بالایی از چندشکلی و برای بررسی تنوع ژنتیکی خارشتر نشانگرهای مناسبی بودند. آغازگر IS6 و آغازگرهای S12 و S14 به عنوان بهترین آغازگرها در این مطالعه شناخته شدند و پیشنهاد می‌شود در مطالعات آتی مد نظر قرار گیرند. به طور کل نتایج نشان داد که تنوع درون جمعیت‌ها بیشتر از تنوع بین جمعیت‌ها بوده که دلالت بر عدم تبعیت تنوع جغرافیایی از تنوع زنتیکی در گیاه خارشتر می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of genetic diversity of Alhagi maurorum ecotypes using ISSR and SCoT markers in Razavi, Northern and Southern Khorasan provinces

نویسندگان [English]

  • Mohammad Zabet 1
  • Samane Pishghadam 2
  • Zohre Alizadeh 3
1 Associate professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, University of Birjand, Birjand, Iran
2 former M.Sc student- agronomy and plant breeding group
3 Assistant Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, University of Birjand, Birjand, Iran
چکیده [English]

Objective
The camelthorn (Alhagi maurorum) is one of the compatible plant species with arid and semi-arid regions that is important for forage production, soil protection and medicine. This research was carried out in order to investigate the genetic diversity of camelthorn ecotypes, to determine the similarities and differences between ecotypes and to recognize the genetic structure of different camelthorn ecotypes using ISSR and SCoT markers.
 
Materials and methods
The 22 ecotypes from different regions of North, Razavi and South Khorasan provinces were studied. The DNA was extracted by the CTAB method. The 12 ISSR and 18 SCoT primers were used in the molecular analysis.
 
Results
The polymorphism percentages in the two markers were 99.42% and 95.42%, respectively. In the ISSR and SCoT markers, the IS5, IS8, IS10 and S2, S4, S6, S7, and S10 primers amplified the highest number of bands, respectively, and the IS1, IS2, IS3, IS6 and S1 amplified the lowest bands, respectively. In the ISSR and SCoT markers, the IS6 (0.44) and S12 (0.44) primers had the highest PIC value, respectively, and the IS4 (0.09) and S1(0.04) primers had the lowest PIC value. In the ISSR marker, the IS6 primer had the highest and the IS2, and IS10 primers had the lowest Nei genetic diversity index and Shannon information index, respectively. In the SCoT marker, the S14 primer had the highest, and the S1 primer had the lowest Nei genetic diversity index and Shannon information index, respectively. The cluster analysis classified the ecotypes into three groups. The molecular analysis of variance showed that the 9%, 14% and 91%, 86% of the total genetic variation were related to the within and between groups in ISSR and SCoT markers, respectively.
 
Conclusions
This study demonstrated the accuracy of the ISSR and SCoT markers in identifying high levels of polymorphism and was appropriate for investigating the genetic diversity amongst camelthorn ecotypes. The IS6 and S12, and S14 primers were recognized as the best primers in this study, and it is suggested that these primers be considered in future studies. In total, the results showed that the diversity within populations was higher than the diversity between populations, which indicates that the geographical distribution does not follow of genetic diversity in the camelthorn plant.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cluster analysis
  • Molecular Index
  • Nei and Shannon Indices
  • Polymorphism

مراجع

براتی میترا، بازوبندی محمد.، قربانعلی مه‌لقا (1385). بررسی برخی ویژگی‌های اکوفیزیولوژیکی رشد خارشتر. رستنیها، 7(2): 123-111.
بهادر یاسر، محمدآبادی محمدرضا، خضری امین، و همکاران (1395) مطالعه تنوع ژنتیکی جمعیت‌های زنبور عسل استان کرمان با استفاده از نشانگرهای ISSR. پژوهش‌های تولیدات دامی 13، 192-186.
رحمتی هوشنگ، فرشادفر محسن، شیروانی هومن (1396) بررسی تنوع ژنتیکی اکسشن‌های Festuca arundinacea با استفاده از نشانگر مولکولی ISSR. پژوهشنامه اصلاح گیاهان زراعی 9(24)، 94-87.
زرگری علی 1375. گیاهان دارویی. جلد دوم. انتشارات دانشگاه تهران. 980 ص.
رضایی مهدی، نقوی محمد رضا، معالی امیری رضا (1389) ارزیابی تنوع ژنتیکی در اکوتیپ‌های یونجه‌ زراعی (Medicago sativa) نواحی مرکزی و شرقی ایران با استفاده از نشانگرهای‌ ریزماهواره. ۱۲ (۴)، ۵۲۰-۵۳۲.
عسکری ناهید، باقی زاده امین، محمدآبادی محمدرضا (1389). مطالعه تنوع ژنتیکی در چهار جمعیت بز کرکی راینی با استفاده از نشانگرهای ISSR. مجله ژنتیک نوین 5، 56-49.
فرشادفر محسن، مرادزاده نازنین، فرشادفر عزت اله، شیروانی هومن (1396) بررسی تنوع ژنتیکی اکسشن‌هایی از رازیانه (Foeniculum vulgare Mill.) بر اساس صفات ریخت شناختی و نشانگر مولکولی SCoT. دو فصلنامه علمی-پژوهشی تحقیقات ژنتیک و اصلاح گیاهان مرتعی و جنگلی ایران، 25 (2)، 231-212.
فرشادفر محسن، شیروانی هومن، امجدیان مصطفی، یاقوتی‌پور آنیتا (1397). کارایی نشانگر مولکولی SCoT در بررسی تمایز دو گونه Lolium multiflorum و Lolium perenne. دو فصلنامه علمی-پژوهشی تحقیقات ژنتیک و اصلاح گیاهان مرتعی و جنگلی ایران، 26 (2)، 220-207.
محمدی سید ابولقاسم (1385) تجزیه و تحلیل داده‌های مولکولی از دیدگاه بررسی تنوع ژنتیکی. نهمین کنگره علوم زراعت و اصلاح نباتات ایران. 119 – 96.
مشرفی عراقی علیرضا، نعمتی حسین، عزیزی مجید، مشکانی نسرین، شور محمود (1399) بررسی تنوع ژنتیکی برخی از ژنوتیپ‌های پونه وحشی (Mentha longifolia L.) ایران با استفاده از نشانگر ISSR و ارتباط آن با عملکرد ماده خشک و درصد اسانس. مجله بیوتکنولوژی کشاورزی، 12 (3)، 140-117.
میرزائی سپیده، سالاری هومن (1400) بررسی تنوع ژنتیکی ارقام گوجه‌فرنگی با استفاده از نشانگرSCoT . مجله بیوتکنولوژی کشاورزی، 13(4)، 120-101.
نوریان عبدالمهدی، شیروانی هومن (1398) بررسی تنوع ژنتیکی اکوتیپ‌های پنیرک (Malva neglecta) با استفاده از نشانگر مولکولی ISSR. مجله پژوهشهای گیاهی (مجله زیست شناسی ایران) ، 32 (4)، 994-984.
یغمایی فرنوش، کریم پور محمدحسن (1387) بررسی ویژگی‌های رفتاری زنجرک مولد ترنجبین Poophilus nebulosus Leth روی گیاه خارشتر Alhagi persarum Boiss & Buhse در منطقه تربت‌جام، استان خراسان رضوی. حفاظت گیاهان (علوم و صنایع کشاورزی)، 22 (2)، 170-161.
References
Adnaei SM, Moradi MR, Bayat H et al. (2013) Introduction of Alhaji and study of its phenomenological stages in the rangelands of Hoze- Sultan Qom. National Conference on Passive Defense in Agriculture (In Persian).
Agrama H, Tuinstra M (2003) Phylogenetic diversity and relationships among sorghum accessions using SSRs and RAPDs. Afr J Biotechnol 2, 334-340.
Amirkhosravi A, Asri Y, Assadi M et al. (2021) Genetic structure of Alhagi (Hedysareae, Fabaceae) populations using ISSR data in Iran. Mol Biol Rep 48, 5143–5150.
Andrew AJ, Liston A, Popovich SJ (2004) Genetic diversity of the narrow endemic Astragalus oniciformis (Fabaceae). Am J Bot 91(12), 2004-2012.
Askari N, A Baghizadeh, MR Mohammadabadi (2010) Study of genetic diversity in four populations of Raeini cashmere goat using ISSR markers. Modern Genet J 5 (2), 49-56 (In Persian).
Askari N, Mohammad Abadi MR, Baghizadeh A (2011). ISSR markers for assessing DNA polymorphism and genetic characterization of cattle, goat and sheep populations. Iran J Biotechnol 9, 222–229 (In Persian).
Bagheri A, Izadi Darbandi A, Malboobi M (2012) Practical applications of plant molecular biotechnology (translation). Mashhad University Press, 234 p (In Persian).
Bahador Y, MR Mohammadabadi, A Khezri, et al. (2016) Study of Genetic Diversity in Honey Bee Populations in Kerman Province using ISSR Markers. Res Anim Prod 7 (13), 186-192 (In Persian).
Barati M, Bazoubandi M, Ghorbanali M (2006) Study of some ecophysiological characteristics of Alhagi pseudalhagi growth. Rostaniha 7 (27), 111-123 (In Persian)
Botstein D, White RL, Skolnick M et al. (1980) Construction of a genetic linkage map in man using restriction fragment length polymorphisms. Am J Hum Genet 32, 314-322.
Bryan G, Collins A, Stephenson P et al. (1997) Isolation and characterisation of microsatellites from hexaploid bread wheat. Theor Appl Genet 94, 557-563.
Collard BY, Mackill D (2012) Start Codon Targeted (SCoT) Polymorphism: A Simple, Novel DNA Marker Technique for Generating Gene Targeted Markers in Plants. Plant Mol Biol Rep 27, 86-93.
Davis TM, Haigis YUH, McGowan PJ (1995) Template mixing: a method of enhancing detection and interpretation of codominant RAPD markers. Theor Appl Genet 91, 582- 588.
Doyle JJ, Doyle JL (1987) A rapid DNA isolation procedure for small quantities of fresh leaf tissue. Phytochem Bull 19, 11-15.
Ebrahimpour Norabadi M, Yazdanbakhsh Z, Keshavarzi M (2012) Cytogenetic Study of Two Alhagi Species. J Herb Med 3(3), 167-173 (In Persian).
Farshadfar M, Moradzade N, Farshadfar E et al. (2017) Genetic diversity among fennel (Fueniculum vulgare Mill.) accessions using morphological and SCoT markers. Iran J Rageland Forest Planf Breed Genet Res 25(2), 212-231 (In Persian).
Farshadfar M, Shirvani H, Amjadian M et al. (2018) Application of SCoT marker to discriminate Lolium perenne and Lolium multiflorum species. Iran J Rageland Forest Planf Breed Genet Res 6(2), 207 - 220 (In Persian).
Gept P (1993) The use of molecular and biochemical markers in crop evolution studies. In: Evolutionary Biology. (Eds.): M.K. Hecht, Plenum Press, New York, 534.
Ghasemi M, Baghizadeh A, Mohammadabadi MR (2010) Determination ofgenetic polymorphism in Kerman Holstein and Jersey cattle population using ISSR markers. Aust J Basic Appl Sci 4, 5758–5760.
Hassanein AM, Mazen AMA (2001) Adventitious bud formation in Alhagi graecorum. Plant Cell Tiss Org 65, 31-35.
Kalendar R (2007) FastPCR: a PCR primer design and repeat sequence searching software with additional tools for the manipulation and analysis of DNA and protein. Available at www.biocenter.helsinki.fi/programs/fastpcr.htm; 2007.
Kayis SA, Hakki EE, Pinarkara E (2010) Comparison of effectiveness of ISSR and RAPD markers in genetic characterization of seized marijuana (Cannabis sativa L.) in Turkey. Afr J Agric Re 5(21), 2925-2933.
Lewontin RC (1972) The apportionment of human diversity. In: Evolutionary biology. (ed)^(eds). Springer, pp, 381-398.
Milbourne D, Meyer R, Bradshaw JE et al. (1997) Comparison of PCR-based marker systems for the analysis of genetic relationships in cultivated potato. Mol Breed 3, 127–136.
Mirzaei S, Salari H (2021) Study on the genetic diversity of tomato’s cultivars via SCoT marker. Agric Biotechnol J 13 (4), 101-120 (In Persian).
Mohammadabadi M, Askari N (2012) Characterization of Genetic structure using ISSR-PCR markers: cattle, goat and sheep populations. LAP LAMBERT Academic Publishing, Saarbrusken, Germany, 120pp.
Mohammadabadi M, Oleshko V, Oleshko O, et al. (2021) Using Inter Simple Sequence Repeat Multi-Loci Markers for Studying Genetic Diversity in Guppy Fish. Turk J Fish Aquatic Sci 21 (12), 603-613.
Mohammadabadi MR, Esfandyarpoor E, Mousapour A (2017) Using Inter Simple Sequence Repeat Multi-Loci Markers for Studying Genetic Diversity in Kermani Sheep. J Res Develop 5 (2), e154.
Mohammadi SA (2006) The analysis of molecular data from the point of view of studying genetic diversity. 9th Iranian Congress of Crop Science and Plant Breeding 96- 119 (In Persian).
Moshrefi-Araghi AR, Nemati H, Azizi M et al. (2020) Study of genetic diversity of some genotypes of iranian wild mint (Mentha longifolia L.) using ISSR marker and its correlation with dry yield and essential oil content. Agric Biotechnol J 12 (3), 117-138 (In Persian).
Noorian AM, Shirvani H (2019) Genetic variability of Malva neglecta ecotype using ISSR molecular markers. J Plant Res 32(4), 984-994 (In Persian).
Rahmati H, Farshadfar M, Shirvani H (2018) Study of Genetic Diversity of Festuca Arundinacea Based on ISSR Molecular. J Crop Breed, 9(24), 87-94 (In Persian).
Rezaie M, Naghavi MR, Maali Amiri R (2011) Assessment of genetic diversity in Alfalfa (Medicago Sativa L.) ecotypes from central and eastern regions of Iran using SSR markers. Iran J Crop Sci 4(48), 520-532 (In Persian).
Roder MS, Plaschke J, Konig SU et al. (1995) Abundance, variability and chromosomal location of microsatellites in wheat. Mol Genet Genom 246, 327-333.
Sheidai M, Rashid S (2007) Cytogenetic study of some Hordeum L. species in Iran. Acta Biol Szeged 51(2), 107–112.
Wei YM, Hou YC, Yan ZH, et al. (2005) Microsatellite DNA polymorphism divergence in Chinese wheat landraces highly resistant to Fusarium head blight. J Appl Genet 46, 3-9.
Wright S (1951) The genetical structure of populations. Ann Eur Genet 15, 323-35.
Yaghmaei F, Karimpour H (2008) Assessment of behaviourial characteristics of poophilus nebulosus leth spittlebug on Alhagi persarum boiss & buhse camel thorn plant in Torbate Jam region, Khorasan Razavi province. Agric Sci Technol 22(2), 161 -170 (In Persian).
Zahid NY, Abbasi NA, Hafiz IA et al. (2009). Genetic Diversity of Indigenus Fennel (Foeniculum Vulgare Mill.) Germplasm in Pakistan Assessed by RAPD Markers. Pak J Bot 41, 1759-1767.
Zamani P, Akhondi M, Mohammadabadi MR (2015). Associations of Inter-Simple Sequence Repeat loci with predicted breeding values of body weight in Sheep. Small Rumin Res 132, 123–127.
 Zamani P, Akhondi M, Mohammadabadi MR, et al. (2011) Genetic variation of Mehraban sheepusing two inter-simple sequence repeat (ISSR) markers. Afr J Biotechnol 10, 1812–1817.
Zargari A (1996) Mediciml Plants. Vol 2. Tehran University Press, 980 p (In Persian).
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 15، شماره 1
فروردین 1402
صفحه 81-106

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار